自动化技术在农村安全饮水工程中的应用

潘　冰，冉丹婷，王庚平（.甘肃省膜科学技术研究院，甘肃兰州73000；.兰州资源环境职业技术学院，甘肃兰州73000）



自动化技术在农村安全饮水工程中的应用

潘冰1，冉丹婷2，王庚平1
（1.甘肃省膜科学技术研究院，甘肃兰州730020；2.兰州资源环境职业技术学院，甘肃兰州730020）

摘要：甘肃省古浪县刘杨村人畜饮水工程是甘肃省科技厅党组根据甘肃省省委、省政府关于在全省范围内开展“联村联户、为民富民”行动的一项重点民生项目。本项目采用单村供水模式，全村共建设和改造有水源井1座、供水站1座，3座蓄水池等。全部采用了经济可靠的自动化控制技术和手机远程管理技术，进一步提高了农村饮水安全供水工程的管理水平，达到运行的无人值守。实现供水工程运行可靠、高效的目的。

关键词：自动化；饮水安全；供水；应用

1　概述

我国是农业大国、人口大国，境内水资源匮乏，位居世界各国之后，农业人口众多，饮水安全问题突出。近年来，党中央、国务院坚持以人为本，把农村饮水安全这一民生工程作为解决“三农”问题的重要举措，投入巨资建水厂，铺管道，旨在改善农村饮水条件，提高人民群众生活质量。但由于农村安全饮水工程普遍存在供水点分散、自动化程度低等问题，饮水工程的管理运行上需要耗费大量的人力物力，造成饮水工程设施运行效率低，管理成本上升等不利因素，因此，将稳定可靠而且经济的自动化技术推广应用在农村饮水工程上，对于提升了我国农村供水工程的自动化程度，在促进供水科技进步、提高管理水平以及优质、安全、低耗供水等方面具有长远意义。

2　刘杨村人畜饮水工程概况

新堡乡刘杨村位于甘肃省武威市古浪县东南部的干旱山区，平均海拔2300m，现有农户191户，共832人。由于地处干旱山区，地理环境和自然条件制约，加之农户居住分散，村里仅有浅水井一眼，农畜饮水矛盾突出。同时浅水井水质不佳，主要表现为氨氮和大肠杆菌超标，饮水安全严重影响到当地农户的健康。

为了彻底解决刘杨村人口饮水安全问题，甘肃省科技厅结合刘杨村人畜饮水困难的突出矛盾，经多方协调，落实资金，并由甘肃省膜科院设计承建的一项民生工程。工程顺利建成了2座50m3、1座 25m3地下式钢筋混凝土结构畜水池。同时敷设安装了2300m的输水管道以及1台深井潜水泵、2台供水泵、2台供水潜水泵井，并配置远程自动化控制系统1套，供水量达到25t/h，工程调试完成后实现自动化无人值守供水。

3　自动化控制系统

自动化控制系统由水源控制系统、供水控制系统和现场信号采集远传控制系统等组成。

3.1水源控制系统

根据供水要求，供水站建有深度为80m的水源井1座和50m3的调节池1座。每眼井配备一台157QJ132-120/10-18.5深井潜水泵和一台水泵就地控制柜（功率45KVA），根据调节池水位控制潜水泵启动、停止。调节池中液位时自动启动深井潜水泵，调节池高液位时停泵，控制柜具有手动自动控制模式，可自动控制，也可手动控制，同时具有短路、过流、过压、过载等多种保护功能。

3.2供水自动化控制系统

设计考虑到当地农户分散居住在两个集中居住点，共建有2座清水池，因为2座清水池相距供水站较远，考虑到工程预算和后期维护，2座清水池的供水管路共用同一管线，供水时先将较近的25m3清水池（下称A水池）蓄满后关闭A水池进水端设置的进水电动阀。即A水池停止进水，后再将深井水输送至较远的50m3清水池（下称B水池），当B水池蓄满后关闭位于B水池进水端的进水电动阀，当2座水池的进水阀同时关闭后，停止输送水泵，当水池液位下降到一定高度时，重复上述操作，实现循环供水。如图2所示。

图1　供水自动化控制系统概况图

由于水池液位因为农户取水经常发生变化，因此，人工操作实现上述逻辑需要耗费大量的人力和物力。供水控制系统采用RTU无线远程控制的解决方案。设计时在两个清水池就地设置两台RTU现场远程控制箱，可自动根据液位的高低变化控制现场电动阀的启闭，同时采集现场清水池的水位状态自动远传至位于供水厂的水泵远程控制柜，当2座水池水位均达到高水位状态时，水泵远程控制设备自动停止供水泵。当任意一个水池液位下降至一定高度时，水泵远程控制设备自动启动供水泵为清水池补水，如此循环，实现供水的自动控制，达到无人值守的目的。

供水控制系统根据农闲农忙季节用水量的不同设置有普通生活供水模式和农忙长时段供水模式两种模式，普通生活供水模式下，供水泵根据现场水池液位的高低自动运行。农忙长时段模式下，水池液位退出自动控制逻辑，供水泵的启停不再由液位的高低控制，在现场水池水满后可通过阀门的切换为灌溉用蓄水池（原有设施）不间断供水，满足农户长时段用水的要求。

除此之外，同时供水控制系统最大限度地考虑了各种可能发生的供水故障，并依此设计有完善的保护功能，包括热过载保护、断相保护、过流保护、水池水位过低保护、以及管道超压保护等，提高供水系统稳定运行的可靠性。

3.3手机远程监控系统

由于饮水工程建设位于落后山区，管理人员均为当地农户，缺少管理相关的专业技术。为了保证供水设备的稳定运行。饮水工程设计了手机管理系统。将软件分别植入到位于供水站的水泵远程控制柜和位于清水池旁的现场远程控制箱的核心控制模块中，管理人员可以通过发送手机短信“查询”随时对整套控制系统的运行状态进行监视。同时可以发送“启动”“停止”短信随时启动或关闭供水泵。除此之外当控制系统出现水泵过载，水池水位过低、管道超压等故障时，监控系统会自动发送故障信息到管理人员的手机上。方便管理人员随时进行系统维控和故障排除。

4　经济效益分析

供水自动化控制系统安装调试完成后，完全实现无人值守控制，极大地提高了供水系统中水泵的工作效率。

4.1未采用供水自动化控制系统时供水工程的运行费用

在未投入自动化控制系统时前水泵的管理是由当地农户承担，每月乡政府给予1200元工资补贴，除此之外，由于最远的取水点距离供水点3km，管理人员主要通过摩托车在取水点和供水点两地来回移动以进行水泵启停和阀门开闭的操作。因此，乡政府给予200元/月的燃油补贴。管理成本合计为1400元/月。

由于无法及时根据水池水位对深井泵和供水泵的启停进行操作，为保证供水的持续性，系统内深井泵和供水泵在供水时间段往往是持续憋压运行，每天共计运行5h。水泵的总功率为45kW，当地农用电电费为0.55元/度，每月电费为：

每月电费=水泵运行功率×运行时间×30d×电费单价=45×5×30×0.55 =3712.5元

每月供水的费用总额为：

人力成本+电费=1400+3712.5 =5112.5元

4.2采用供水自动化控制系统时供水工程的运行费用

投入自动化控制系统后，所有设备为自动运行，解放了生产力。每月仅需定期对现场设备进行查检维护，设备管理由当地农户兼职负责，乡政府给予每月380元补贴（含工资补贴+话费补贴+燃油补贴）。由于自动控制系统可根据水池液位的高低自动控制水泵的启停，水泵运行方式改为间断运行，现场计算每天水泵大约运行时间为2.5h，每月电费为：

每月电费=水泵运行功率×运行时间×30天×电费单价

=45×2.5×30×0.55=1856.25元

每月供水的费用总额为：

人力成本+电费=380+1856.25 =2236.25元

由以上对比分析可以看出，采用供水自动化控制系统后每月供水的费用降低大约56.2%，极大地减轻了偏远贫困乡村农户的生活负担，达到了节能降耗的目的。

5　供水自动化控制系统运行效果

综上所述，采用了RTU技术、数据采集、远程控制、供水压力智能保护、远程报警等功能为一体的自动化控制技术投运至今，大大降低了运行电费、减少了管理人员，最大程度降低运行管理费用。使得小型农村供水工程达到了管理简单、运行正常、持久高效、安全可靠的目的。具有很大的推广应用前景。

6　存在的问题和建议

1）由于农业电网电压不稳定，造成电流或电压出现异常，管理控制设备有时处于保护状态，管理人员不能及时处理。

2）需要加强水站管理人员的技术培训，使其具备简单的专业知识，达到可以及时处理供水系统故障的程度。

参考文献：

［1］CWT5010用户手册［Z］.盈科互动公司.

［2］CWT5010指令手册［Z］.盈科互动公司.

中图分类号：F323